白乳胶的主要成分是聚醋酸乙烯酯[4],聚醋酸乙烯酯容易水解,生成醋酸和甲醛,生成的酸又促进聚醋酸乙烯酯水解。APP在膨胀阻燃体系中起催化剂和阻燃剂的作用,其阻燃性、吸湿性和溶解度等性能与其生产工艺和聚合度有关[5]。生产中用的APP吸湿性较大,在水溶液中易发生降解反应,产生氨气,降低APP的聚合度,使其溶解度增加,阻燃性能降低,溶液pH值由中性变为碱性,出现返粗。可见,基料是造成涂料耐水性能差和增稠的主要原因,APP是造成涂料阻燃性能下降和贮存返粗的主要原因。针对以上问题,对基料和阻燃剂进行改性。2.2改性基料的影响

    2.2.1乳液共混改性的影响

    将一定量的不同乳液缓慢加入白乳胶中搅拌60min,用制得的改性基料制备不同的防火涂料,人工加速贮存30d后,检测耐水性能和阻燃性能,测试结果见图2、3(乳液编号1～3为丙烯酸类乳液;4～6为苯丙类乳液)。

图 2 不同乳液防火涂料耐水性能

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图 3 不同乳液防火涂料阻燃性能

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    从图2可看出乳液改性白乳胶后,涂料耐水性能明显提高,均大于12h,其中乳液1、2、3、5对应的防火涂料耐水时间≥24h。从图3可见,乳液改性后的防火涂料阻燃性能下降,均小于23min。阻燃性能是防火涂料的重要指标,综合考虑耐水、阻燃、性价比等因素,确定乳液5为基料的改性乳液。

    2.2.2改性温度和用量的影响

    用乳液5在不同的温度和不同用量改性白乳胶,制备防火涂料,人工加速贮存后,检测其耐水和阻燃性能,结果见图4、5。从图4可知,50℃时,涂料耐水性最好,但阻燃性较差;在(20～35)℃时,涂料耐水、阻燃性能均能符合要求,改性温度的影响不是很大,考虑实际生产情况,确定在室温条件下进行改性。从图5可见,随着改性乳液用量的增加,涂料耐水性能提高,阻燃性能降低。说明随着涂膜致密性和耐水性的不断提高,将会导致涂膜膨胀发泡性能降低,从而影响阻燃性能。该乳液和基料白乳胶之间有一个适量的搭配关系。

图 4 不同温度下的涂料耐水和阻燃性能

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图 5 不同乳液用量下的涂料耐水和阻燃性综合考虑耐水、阻燃性能及改性乳液的价格和生产实际情况,确定基料共混改性工艺:

    改性温度:室温;

    改性剂:乳液5(苯丙乳液);

    改性剂用量:白乳胶质量的8%～12%。

    2.3改性膨胀阻燃剂的影响

    按配方分别称取APP、PE、MEL,在室温下加入装有适量水的容器中,高速搅拌30min,混合均匀后,用高温微波辐射30min,取出粉碎,再用中温微波辐射30min,研磨至平均粒径小于90μm的粉体,制得改性膨胀阻燃剂。用改性膨胀阻燃剂与未改性的白乳胶和已改性的白乳胶分别制备防火涂料,检测其耐水、阻燃和贮存稳定性能,检测结果见表4。

表 4 微波辐射改性防火涂料性能

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    从表4可看出,微波辐射改性阻燃剂能显著提高贮存后防火涂料的阻燃性能,对涂料的耐水性和贮存返粗的问题有较好的改善。

    微波是非离子化辐射能,它作用于分子上时,促进了分子的转动运动,产生瞬时极化,并以24.5亿次/s的速度进行极性变换运动,从而产生键的振动、撕裂和粒子之间的相互摩擦、碰撞,促进分子更好地接触和反应[6-7]。微波辐射是一种内加热方式,与外加热方式相比,内加热具有加热速度快、受热体系温度均匀等特点。由于微波的特性,可使PE、MEL均匀包覆于APP上或与APP反应,生成溶解度更低、吸湿性能更小、阻燃性能更好的阻燃剂。

    实验中发现,改性阻燃剂的阻燃效果与阻燃剂用量和微波改性时间有关。

    选取8%～12%的乳液5在室温改性白乳胶,用微波辐射改性阻燃剂制备防火涂料,其综合理化性能检测结果见表5。从表5可知,通过对基料乳液和膨胀阻燃剂改性,防火涂料贮存后的耐水性能和阻燃性能明显提高,耐水时间由12h提高到32h,阻燃时间由23min提高到58min,很好地解决了生产中的实际问题。   

表 5 改性后防火涂料理化性能

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    3结语

    (1)基料和膨胀阻燃剂的性能对防火涂料的贮存稳定性和耐水性起主要作用。

    (2)微波辐射技术与乳液共混技术联合作用是改善防火涂料贮存稳定性和耐水性的有效方法。